JP5509677B2 - 電動機の特性を算出する装置、方法、電動機、電動機搭載装置およびコンピュータープログラム - Google Patents
電動機の特性を算出する装置、方法、電動機、電動機搭載装置およびコンピュータープログラム Download PDFInfo
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Description
電動機の特性を算出する装置であって、
(a)前記電動機の逆起電力定数をKeとし、前記電動機の始動時における電流値である始動電流値をIstとし、前記電動機の始動時におけるトルクである始動トルクをTstとした場合において、
Tst=Ke×Ist
の式にしたがって、前記始動トルクを算出し、
(b)前記電動機の無負荷回転時における電流値である無負荷電流値をInlとし、前記逆起電力定数とは異なる定数である補正トルク定数をKtzとした場合において、
Ktz=Tst/(Ist−Inl)
の式にしたがって、前記補正トルク定数を算出し、
(c)前記補正トルク定数を用いて前記電動機の特性を算出する、装置。
適用例1に記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記電動機の無負荷回転時における逆起電力である無負荷逆起電力をEgnlとし、前記電動機の無負荷回転時における角速度である無負荷角速度をωnlとし、前記逆起電力定数をKeとした場合において、
Ke=Egnl/ωnl
の式にしたがって、前記逆起電力定数を算出する、装置。
この構成によれば、電動機の逆起電力定数Keを適切に算出することができる。
適用例1または2に記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記電動機へ供給される電圧の電圧値をEsとし、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値をRdcとし、前記無負荷電流値をInlとし、前記電動機の無負荷回転時における逆起電力である無負荷逆起電力をEgnlとした場合において、
Egnl=Es−Rdc×Inl
の式にしたがって、前記無負荷逆起電力を算出する、装置。
この構成によれば、電動機の無負荷逆起電力を適切に算出することができる。
適用例1ないし3のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記電動機へ供給される電圧の電圧値をEsとし、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値をRdcとし、前記始動電流値をIstとした場合において、
Ist=Es/Rdc
の式にしたがって、前記始動電流値を算出する、装置。
この構成によれば、電動機の始動電流値を適切に算出することができる。
適用例1ないし4のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機のトルクをTとし、前記補正トルク定数をKtzとし、前記無負荷電流値をInlとし、前記電動機の電流値をIとした場合において、
I=T/Ktz+Inl
の式にしたがって、前記電流値を算出する、装置。
この構成によれば、電動機の電流値を適切に算出することができる。
適用例1ないし5のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機へ供給される電圧の電圧値をEsとし、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値をRdcとし、前記電動機の電流値をIとし、前記電動機の逆起電力をEgとした場合において、
Eg=Es−Rdc×I
の式にしたがって、前記逆起電力を算出する、装置。
この構成によれば、電動機の逆起電力を適切に算出することができる。
適用例1ないし6のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機の逆起電力をEgとし、前記逆起電力定数をKeとし、前記電動機の角速度をωとした場合において、
ω=Eg/Ke
の式にしたがって、前記角速度を算出する、装置。
この構成によれば、電動機の角速度を適切に算出することができる。
適用例1ないし7のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機の角速度をωとし、前記電動機のトルクをTとし、前記電動機の仕事をWとした場合において、
W=ω×T
の式にしたがって、前記仕事を算出する、装置。
この構成によれば、電動機の仕事を適切に算出することができる。
適用例1ないし8のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機の仕事をWとし、前記電動機へ供給される電圧の電圧値をEsとし、前記電動機の電流値をIとし、前記電動機の効率をηとした場合において、
η=100×W/(Es×I)
の式にしたがって、前記効率を算出する、装置。
この構成によれば、電動機の効率を適切に算出することができる。
適用例1ないし9のいずれかに記載の装置であって、
前記電動機に対してPWM駆動する場合には、供給電圧にデューティー比を掛けた値を実効電圧値として用いて、前記特性を算出する、装置。
この適用例によれば、PWM駆動の場合は、ディーティ比を掛けた実効電圧値を用いることにより、PWM駆動下における電動機の特性を容易に算出することができる。
適用例1ないし10のいずれかに記載の装置であって、
前記電磁コイルが3相スター結線されている場合には、前記電動機の電磁コイルの総抵抗として、前記電磁コイル単体の抵抗値の2倍の抵抗値を用いて、前記特性を算出する、装置。
この適用例によれば、電動機の電磁コイルが3相スター結線されている場合でも、電動機の特性を容易に算出することができる。
適用例1ないし11のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、さらに、
前記算出された電動機の特性を表示する表示部を備える、装置。
この構成によれば、算出された電動機の特性を表示することができる。
適用例1ないし12のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、さらに、
前記算出された電動機の特性に基づいて前記電動機を制御する制御部を備える、装置。
この構成によれば、電動機を適切に制御することができる。
A.第1の実施例:
B.第2の実施例:
C.第3の実施例:
D.変形例:
図1は、本発明の一実施例としての測定対象となる電動機100の構成を示す模式図である。電動機100は、永久磁石を有するローター部10と、電磁コイル20と、PWMドライバー22と、ホールIC26と、PWM制御部28とを備えている。また、電動機100は、電源24に接続されており、電源電圧として供給電圧値Es[V]が供給されている。
入力:供給電圧値Es、無負荷回転数Nnl、無負荷電流値Inl、抵抗値Rdc;
出力:無負荷角速度ωnl、無負荷逆起電力Egnl、逆起電力定数Ke、補正トルク定数Kt、始動電流値Ist、始動トルクTst;
ωnl=2π・Nnl/60;
Egnl=Es−Rdc・Inl;
Ke=Egnl/ωnl;
Kt=Ke;
Ist=Es/Rdc;
Tst=Kt・Ist;
Ktz=Tst/(Ist−Inl);
入力:Tst、Xm;
出力:Tx[Xm];
int n;
float Tstp;
Tstp=Tst/(Xm−1);
n=0;
while(n < Xm){
Tx[n]=n・Tstp;
n++;
}
入力:Xm、Es、Rdc、Kt、Ke、Tx[m];
出力:Iy[Xm]、Ny[Xm]、Wy[Xm]、Py[Xm]、ηy[Xm];
int i;
float Eg;
i=0;
while(i<Xm){
Iy[i]=Tx[i]/Ktz+Inl;
Eg=Es−Rdc・Iy[i];
Ny[i]=60/(2π)・Eg/Ke;
Wy[i]=0.10472・Tx[i]・Ny[i];
Py[i]=Es・Iy[i];
ηy[i]=Wy[i]/Py[i]・100;
i++;
}
第1の実施例では、デューティー比が1の場合について説明したが、第2の実施例では、電動機100をデューティー比Dr(0<Dr<1)でPWM駆動する場合について説明する。デューティー比Drが1でない場合には、電磁コイル20への電圧の供給がオンになる期間とオフになる期間があるため、電流が変化する。電動機100は、電磁コイル20を有しているため、PWM駆動においては、電流の変化による電磁コイル20の誘導起電力を考慮する必要がある。
図14は、第3の実施例を示す説明図である。第3の実施例は、図14(A)に示すように、電動機の3つの電磁コイル20をスター結線にしている。ここで、スター結線の3つの端子をそれぞれ、端子Vu、Vv、Vwと呼ぶ。図14(B)は、端子Vu、Vv、Vwに印可される電圧を示す説明図である。図14(C)は、図14(B)における期間Q3を拡大して示す説明図である。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、供給電圧値測定部206が供給電圧値Esを測定しているが、電動機100に供給される電源の電圧値が判明している場合には、供給電圧値Esを測定することなく、判明している供給電圧値Esを演算部210に供給することとしてもよい。すなわち、電動機特性取得装置200は、供給電圧値Esを取得すればよい。
上記実施例では、抵抗値測定部204が抵抗値Rdcを測定しているが、電磁コイル20の抵抗値が判明している場合には、抵抗値Rdcを測定することなく、判明している抵抗値Rdcを演算部210に供給することとしてもよい。すなわち、電動機特性取得装置200は、抵抗値Rdcを取得すればよい。
上記実施例では、回転速度測定部202は、電動機100の回転速度を、回転数N[rpm]として測定している。しかし、回転速度測定部202は、電動機100の回転速度を、角速度ω[rad/s]として測定し、角速度ωを演算部210に供給することとしてもよい。
電動機の特性の算出をコンピュータープログラムで実現する場合には、供給電圧値Esと、抵抗値Rdcと、無負荷電流値Inlと、無負荷回転数Nnlとを予め測定しておき、得られた4つの値をコンピュータープログラムに取得させることとしてもよい。また、本発明は、電動機の特性の算出方法としても実現することができる。
上記実施例においてソフトウェアで実現されている機能の一部をハードウェアで実現してもよく、あるいは、ハードウェアで実現されている機能の一部をソフトウェアで実現してもよい。
図15は、変形例を示す説明図である。本発明は、電動機の制御装置にも適用可能である。すなわち、電動機の制御装置は、電動機の特性を算出する特性算出部(演算部210)と、算出される電動機の特性に基づいて電動機を制御する制御部213と、を備える。この特性算出部は、上述した実施例のように、抵抗値Rdcと、供給電圧値Esと、無負荷電流値Inlと、無負荷回転数Nnlと、に基づいて電動機の特性を算出する。このような制御装置によれば、適切に電動機を制御することが可能となる。また、この制御装置を備える電動機を実現することもできる。
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモーター、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モーターなどの種々の装置のモーターに適用可能である。本発明をファンモーターに適用した場合には、上述した種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)が特に顕著である。このようなファンモーターは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモーターとして使用することができる。本発明のモーターは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモーターとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモーターをスピンドルモーターとして使用することが可能である。また、本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。
20…電磁コイル
22…PWMドライバー
24…電源
28…PWM制御部
31…内部抵抗
100…電動機
102…回転軸
200…電動機特性取得装置
202…回転速度測定部
204…抵抗値測定部
206…供給電圧値測定部
208…電流値測定部
210…演算部
212…表示装置
213…制御部
214…カップリング
3100…プロジェクタ
3110…光源
3140…液晶ライトバルブ
3150…クロスダイクロイックプリズム
3160…投写レンズ系
3170…冷却ファン
3180…制御部
3200…携帯電話
3220…ファン
3230…燃料電池
3300…自転車
3310…モーター
3320…制御回路
3330…充電池
3400…ロボット
3410…第1のアーム
3420…第2のアーム
3430…モーター
3500…鉄道車両
3510…モーター
3520…車輪
Claims (21)
- 電動機の特性を算出する装置であって、
(a)前記電動機の逆起電力定数をKeとし、前記電動機の始動時における電流値である始動電流値をIstとし、前記電動機の始動時におけるトルクである始動トルクをTstとした場合において、
Tst=Ke×Ist
の式にしたがって、前記始動トルクを算出し、
(b)前記電動機の無負荷回転時における電流値である無負荷電流値をInlとし、前記逆起電力定数とは異なる定数である補正トルク定数をKtzとした場合において、
Ktz=Tst/(Ist−Inl)
の式にしたがって、前記補正トルク定数を算出し、
(c)前記補正トルク定数を用いて前記電動機の特性を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1に記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記電動機の無負荷回転時における逆起電力である無負荷逆起電力をEgnlとし、前記電動機の無負荷回転時における角速度である無負荷角速度をωnlとし、前記逆起電力定数をKeとした場合において、
Ke=Egnl/ωnl
の式にしたがって、前記逆起電力定数を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1または2に記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記電動機へ供給される電圧の電圧値をEsとし、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値をRdcとし、前記無負荷電流値をInlとし、前記電動機の無負荷回転時における逆起電力である無負荷逆起電力をEgnlとした場合において、
Egnl=Es−Rdc×Inl
の式にしたがって、前記無負荷逆起電力を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記電動機へ供給される電圧の電圧値をEsとし、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値をRdcとし、前記始動電流値をIstとした場合において、
Ist=Es/Rdc
の式にしたがって、前記始動電流値を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機のトルクをTとし、前記補正トルク定数をKtzとし、前記無負荷電流値をInlとし、前記電動機の電流値をIとした場合において、
I=T/Ktz+Inl
の式にしたがって、前記電流値を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機へ供給される電圧の電圧値をEsとし、前記電動機が有する電磁コイルの抵抗値をRdcとし、前記電動機の電流値をIとし、前記電動機の逆起電力をEgとした場合において、
Eg=Es−Rdc×I
の式にしたがって、前記逆起電力を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機の逆起電力をEgとし、前記逆起電力定数をKeとし、前記電動機の角速度をωとした場合において、
ω=Eg/Ke
の式にしたがって、前記角速度を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機の角速度をωとし、前記電動機のトルクをTとし、前記電動機の仕事をWとした場合において、
W=ω×T
の式にしたがって、前記仕事を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記算出部は、前記電動機の仕事をWとし、前記電動機へ供給される電圧の電圧値をEsとし、前記電動機の電流値をIとし、前記電動機の効率をηとした場合において、
η=100×W/(Es×I)
の式にしたがって、前記効率を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし9のいずれかに記載の装置であって、
前記電動機に対してPWM駆動する場合には、供給電圧にデューティー比を掛けた値を実効電圧値として用いて、前記特性を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし10のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、
前記電磁コイルが3相スター結線されている場合には、前記電動機の電磁コイルの総抵抗として、前記電磁コイル単体の抵抗値の2倍の抵抗値を用いて、前記特性を算出する、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし11のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、さらに、
前記算出された電動機の特性を表示する表示部を備える、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項1ないし11のいずれかに記載の電動機の特性を算出する装置であって、さらに、
前記算出された電動機の特性に基づいて前記電動機を制御する制御部を備える、電動機の特性を算出する装置。 - 請求項13に記載の電動機の特性を算出する装置を備える、電動機。
- 請求項14に記載の電動機を備える、電動機搭載装置。
- 請求項15に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、電子機器である、電動機搭載装置。 - 請求項15に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、プロジェクタである、電動機搭載装置。 - 請求項15に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、移動体である、電動機搭載装置。 - 請求項15に記載の電動機搭載装置であって、
前記電動機搭載装置は、ロボットである、電動機搭載装置。 - 電動機の特性を算出する方法であって、
(a)前記電動機の逆起電力定数をKeとし、前記電動機の始動時における電流値である始動電流値をIstとし、前記電動機の始動時におけるトルクである始動トルクをTstとした場合において、
Tst=Ke×Ist
の式にしたがって、前記始動トルクを算出する工程と、
(b)前記電動機の無負荷回転時における電流値である無負荷電流値をInlとし、前記逆起電力定数とは異なる定数である補正トルク定数をKtzとした場合において、
Ktz=Tst/(Ist−Inl)
の式にしたがって、前記補正トルク定数を算出する工程と、
(c)前記補正トルク定数を用いて前記電動機の特性を算出する工程と、を含む、電動機の特性を算出する方法。 - 電動機の特性を算出する処理をコンピューターに実行させるためのコンピュータープログラムであって、
(a)前記電動機の逆起電力定数をKeとし、前記電動機の始動時における電流値である始動電流値をIstとし、前記電動機の始動時におけるトルクである始動トルクをTstとした場合において、
Tst=Ke×Ist
の式にしたがって、前記始動トルクを算出する機能と、
(b)前記電動機の無負荷回転時における電流値である無負荷電流値をInlとし、前記逆起電力定数とは異なる定数である補正トルク定数をKtzとした場合において、
Ktz=Tst/(Ist−Inl)
の式にしたがって、前記補正トルク定数を算出する機能と、
(c)前記補正トルク定数を用いて前記電動機の特性を算出する機能と、
を前記コンピューターに実現させるコンピュータープログラム。
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